[发明专利]一种用于测试材料固-液相变体积变化率的方法

说明书

本发明涉及一种用于测试材料固‑液相变体积变化率的方法，属于材料科学研究领域。包括如下步骤：(1)利用排水法测量待测材料的密度；(2)选取密度和熔点均高于待测材料的辅助材料，利用排水法测量辅助材料的密度；(3)待测材料加热升温至待测材料相变温度以上，且未达到辅助材料相变温度，待测材料转变为液态，将辅助材料完全浸没悬挂于转变为液态的上述待测材料中，测量转变为液态的待测材料的密度，通过公式计算待测材料由固体转变为液态后的体积变化率。本发明所提供的测试方法简单精确，不仅效率高而且成本低廉，能够满足材料科学领域的多种测试需求。

技术领域

本发明属于材料科学研究领域，涉及一种简单高效的测试材料固-液相变体积变化率的方法。

背景技术

近年来，人们对材料科学的关注度日益加剧。众所周知，材料单位质量的体积随着温度的变化而变化，尤其是在材料发生固液相变时，其体积变化率更为显著，因此，获得金属材料的固液相变体积膨胀率具有重要意义。在材料科学与工程研究领域，经常需要材料固液相变的体积变化率的数据，如焊缝接头应力的控制、固液相变材料的封装等。然而，目前尚无针对材料固液相变体积变化率的测量标准和方法。公开号为CN208255104U的专利文献提供了一种固液相变材料体积变化率测试实验装置，该装置包括液压装置、上位机、压力装置和温度控制装置，然而，由于该装置部件很多，其结构组成复杂，仅仅用于材料科学和海洋科学的交叉领域，无法在材料科学的其他领域得到应用。

另外，基于阿基米德原理，致密固态材料的密度可以通过排水法准确测得，从而得到单位质量材料的体积。然而，液化后的材料单位质量的体积难以通过简易装置精确测量，体积测量容器读取液体体积的方法带来的人为误差过大。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，针对上述问题，本发明提供了一种简便的材料固-液相变体积变化率测试方法，该方法对于测量工具的要求低，而测量结果的精度较高，并且简便易行。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于测试材料固-液相变体积变化率的方法，包括如下步骤：

(1)测量并计算固态待测材料的密度：称量固态待测材料样品的质量，将固态待测材料样品完全浸没并悬挂于水中，测量固态待测材料样品受到浮力情况下的质量，利用公式(1)计算固态待测材料的密度：

m1/ρ1＝(m1-m2)/ρ_水 公式(1)

其中，m1为固态待测材料样品的质量，m2为固态待测材料样品在水中受到浮力情况下的质量，ρ1为固态待测材料的密度，ρ_水为水的密度；

(2)测量并计算固态辅助材料的密度：选取密度和熔点均高于待测材料的固态辅助材料，称量固态辅助材料样品的质量，将固态辅助材料样品完全浸没并悬挂于水中，测量固态辅助材料样品受到浮力情况下的质量，利用公式(2)计算固态辅助材料的密度：

m3/ρ2＝(m3-m4)/ρ_水； 公式(2)

其中，m3为固态辅助材料样品的质量，m4为固态辅助材料样品在水中受到浮力情况下的质量，ρ2为固态辅助材料的密度，ρ_水为水的密度；

(3)测量并计算液态待测材料的密度：将固态待测材料加热升温至待测材料相变温度以上，且未达到辅助材料相变温度，固态待测材料转变为液态，将固态辅助材料样品完全浸没并悬挂于转变为液态的上述待测材料中，测量固态辅助材料样品受到浮力情况下的质量，利用公式(3)计算转变为液态的待测材料的密度：

m3/ρ2＝(m3-m5)/ρ3 公式(3)